Fabrizio Margaroli
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Dipartimento di Fisica (Marconi)
P.le Aldo Moro 5
00185 Roma
6 Giugno 2016
Facolta' di Farmacia,
corso di Laurea Specialistica in Farmacia
Programma del Corso di Fisica (A-D) – A.A. 2015-2016.
Docente: Fabrizio Margaroli
Il Metodo Sperimentale
La misura in Fisica. Sistema Internazionale delle unita` di misura. Grandezze fondamentali e derivate. Grandezze dimensionali e adimensionali. Analisi dimensionale e cambiamenti di unita` di
misura. Calcolo di ordini di grandezza e cifre significative.
Meccanica del punto materiale
Cinematica in una dimensione
Definizione di punto materiale e di traiettoria. Moto in una dimensione. Posizione e spostamento.
Legge oraria. Velocita’ media ed instantanea. Accelerazione media ed istantanea. Moto uniforme ed
uniformemente accelerato. Il problema inverso della cinematica: calcolo della posizione a partire
dall’accelerazione. Caduta libera di un grave, accelerazione gravitazionale.
Richiami di Matematica: i vettori
Grandezze scalari e vettoriali. Vettori applicati e liberi. Somma e differenza di vettori: regola del
parallelogramma. Prodotto tra uno scalare e un vettore. Versore. Prodotto scalare tra vettori. Sistema
di coordinate. Decomposizione di un vettore in componenti. Espressione del prodotto scalare di due
vettori in termini delle loro componenti. Sistemi di riferimento cartesiani.
Cinematica in 2 e 3 dimensioni
Posizione, spostamento, velocita` ed accelerazione in due e tre dimensioni. Velocita` istantanea come
vettore tangente alla traiettoria. Componenti tangenziale e normale alla traiettoria del vettore accelerazione. Composizione dei moti in due dimensioni. Moto balistico: moto di un grave in 2 dimensioni. Traiettoria e legge oraria. Moto circolare: componenti centripeta e tangenziale dell’accelerazione. Moto circolare uniforme: velocita` angolare e periodo. Moto armonico: ampiezza, fase, pul-
sazione, periodo e frequenza. Moto relativo. Cambiamento di sistemi di riferimento. Moto relativo di
traslazione rettilinea: leggi di trasformazione di velocita’ e accelerazione. Moto relativo di
traslazione uniforme: trasformazioni di Galileo.
Dinamica
Definizione operativa di forza come grandezza vettoriale. Dinamometro, forza peso e massa gravitazionale. Carrucole e fili ideali. Sistemi di riferimento inerziali. Prima legge fondamentale della dinamica (principio di inerzia). Principio di relativita` di Galileo. Seconda legge fondamentale della
dinamica. Terza legge fondamentale della dinamica. Legge di gravitazione universale. Forza di
gravita’ vicino alla Terra: forza peso. Forze vincolari: reazione normale, tensione di una corda. Forze
di attrito: attrito statico e dinamico. Forze di attrito viscoso in un mezzo, velocita` limite. Il piano
inclinato con e senza attrito. Forze elastiche: legge di Hooke. Legge oraria del moto armonico e condizioni iniziali. Dinamica nei sistemi di riferimento non inerziali. Forze apparenti.
Lavoro ed Energia
Energia cinetica e sua conservazione per un corpo isolato. Lavoro di una forza come integrale di linea. Teorema dell’energia cinetica. Potenza media ed istantanea. Lavoro nel caso di una forza costante
e cammino rettilineo. Lavoro della forza peso, della forza di attrito, della reazione normale e della
forza elastica. Forze conservative. Energia potenziale. Criteri affinche' una forza sia conservativa.
Energia meccanica. Legge di conservazione dell’energia meccanica. Dissipazione dell’energia. Energia potenziale di una forza costante, della forza peso e della forza elastica. Considerazione energetiche sul moto armonico della molla. Energia potenziale gravitazionale. Un esempio: il salto in
alto.
Sistemi di punti materiali
Quantita` di moto di un punto materiale. Impulso di una forza e variazione della quantita` di moto.
Sistemi di punti materiali. Forze interne ed esterne. Quantita' di moto totale e sua legge di conservazione. Centro di massa. Teorema del centro di massa. Urti. Forze impulsive. Conservazione della
quantita` di moto durante un urto. Urti elastici, anelastici e completamente anelastici. Urti elastici in
una dimensione, casi particolari: masse identiche, bersaglio fermo. Centro di massa di un sistema di
corpi.
Meccanica dei fluidi
Fluidostatica
Forme di aggregazione della materia: stato solido, liquido e gassoso. Definizione di pressione e densita`. Misura della pressione: manometro ad elemento elastico. Forze in un fluido a riposo: forze di
volume e di superficie. Legge di Stevino. Pressione atmosferica: barometro a mercurio di Torricelli.
Dipendenza della pressione atmosferica dalla quota. Misura della pressione: manometro a liquido o a
gas. Principio di Pascal. Principio dei vasi comunicanti. Legge di Archimede.
Fluidodinamica
Approccio Euleriano alla dinamica dei fluidi. Moto stazionario. Linee di flusso. Tubo di flusso. Fluido ideale: incompressibile, non viscoso. Legge della portata (equazione di continuita`). Teorema di
Bernoulli. Principio di Venturi. Tubo di Venturi. Applicazioni: aneurisma e aterosclerosi. Velocita` di
efflusso. Legge di Poiseuille. Il lavoro del cuore. La tensione superficiale. Capillarita’. Numero di
Reynolds e moto turbolento.
Termodinamica
Grandezze termodinamiche e legge del gas perfetto
Sistemi termodinamici; sistemi aperti, chiusi e isolati. Approccio Macroscopico. Variabili termodinamiche: esterne ed interne, estensive ed intensive. Concetto di temperatura. Principio zero della
termodinamica. Definizione operativa della temperatura e di una scala termometrica. Scala Celsius
(centigrada) e termometro a mercurio. Scala Fahrenheit. Termometro a gas. Scala Kelvin e temperatura assoluta nel limite di gas ideale. Trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reversibili e
irreversibili. Rappresentazione grafica: diagrammi di stato. Trasformazioni isobare, isocore,
isoterme. Leggi di Gay-Lussac e Boyle-Mariotte. Equazione di stato dei gas perfetti. Costante universale dei gas perfetti. Definizione di peso molecolare, mole e numero di Avogadro. Teoria cinetica
dei gas: interpretazione microscopica della pressione e della temperatura. Energia interna di un gas
perfetto (definizione microscopica).
Primo Principio della Termodinamica
Lavoro in termodinamica. Lavoro di un gas. Rappresentazione grafica del lavoro nel piano di
Clapeyron. Lavoro lungo un ciclo. Lavoro lungo trasformazioni isobare, isocore e isoterme reversibili. Definizione di funzione di stato. Trasformazioni adiabatiche. Lavoro adiabatico. Esperienza
di Joule. Definizione di calore come energia di scambio. Caloria. Calorimetria. Capacita` termica e
calore specifico. Cambiamenti di stato e calore latente. Calorimetro delle mescolanze e calorimetro a
ghiaccio. Primo principio della termodinamica. Esperienza di Joule, equivalente meccanico della
caloria. Espansione libera di un gas perfetto. Relazione di Mayer. Energia interna e calori specifici di
un gas perfetto. Trasformazioni adiabatiche reversibili di un gas perfetto.
Secondo Principio della Termodinamica
Conversione di lavoro in calore. Macchine termiche e loro principio di funzionamento. Motore termico e macchina frigorifera. Rendimento di una macchina termica, coefficiente di prestazione di una
macchina frigorifera. Macchina ideale di Carnot. Rappresentazione del ciclo di Carnot nel piano di
Clapeyron per un gas perfetto. Secondo Principio della Termodinamica: enunciati di Kelvin e di
Clausius. Conversione di calore in lavoro: trasferimento coerente ed incoerente di energia. Trasformazioni spontanee e loro irreversibilita`. Definizione di entropia. L’entropia come funzione di stato.
Variazione di entropia per i gas perfetti, per solidi e liquidi, nei cambiamenti di stato, e per una sorgente termica. Variazione di entropia per trasformazioni adiabatiche reversibili. Variazione di entropia per trasformazioni adiabatiche irreversibile.
Elettrostatica
Forza elettrostatica e potenziale elettrostatico
Introduzione ai fenomeni elettrici. Carica elettrica. Elettroscopio. Legge di Coulomb nel vuoto. Principio di sovrapposizione. Configurazioni di carica estese. Densita` di carica di volume, di superficie
e lineare. Atomo di idrogeno. Concetto di campo. Campo elettrico. Linee di forza del campo. Campo
elettrico generato da una carica puntiforme. Campo elettrico generato da un dipolo a grande distanza.
Flusso di un vettore. Flusso del campo elettrico di una carica puntiforme attraverso una superficie
sferica. Teorema di Gauss (solo enunciato). Applicazioni del teorema di Gauss: sfera uniformemente
carica, filo carico infinito, piano infinito carico, doppio strato. Lavoro della forza elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrostatico. Potenziale di una carica puntiforme. Superfici
equipotenziali. Relazione tra lavoro e differenza di potenziale. Energia potenziale elettrostatica di un
sistema di cariche puntiformi. Potenziale elettrostatico in un campo elettrico uniforme. Potenziale di
molte cariche puntiformi: approssimazione di dipolo a grande distanza.
Proprieta' dei Conduttori
Conduttori e isolanti. Proprieta' dei conduttori. Teorema di Coulomb. Induzione elettrostatica. Potenziale elettrostatico di un conduttore. Potenziale di una sfera conduttrice carica. Capacita` elettrica di
un conduttore. Condensatore. Capacita` del condensatore. Condensatore piano. Defibrillatore.
Corrente elettrica
La conduzione nei metalli (cenni). Velocita' di deriva. Corrente elettrica. Resistenza elettrica e legge
di Ohm. Seconda legge di Ohm e resistivita’. Generatore di tensione ideale e reale. Dissipazione di
energia nei circuiti elettrici. Effetto Joule. Effetti biologici del passaggio di corrente elettrica.
Magnetostatica
Introduzione ai fenomeni magnetici: magneti, campo magnetico. Forza di Lorentz per una carica isolata in movimento, considerazioni sul lavoro della forza di Lorentz, forza esercitata su un conduttore
percorso da corrente. Selettore di velocita’, spettrometro di massa, ciclotrone, sincrotone. Campo
magnetico generato da un circuito di forma generica (prima formula di Laplace). Campo magnetico
di un filo infinito rettilineo percorso da corrente. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico al centro di
una spira. Flusso del campo magnetico. Campo magnetico di un solenoide. Uso di campi magnetici
ed elettrici in ricerca fondamentale e nella fisica medica.
Onde
Definizione di onde: equazione delle onde, soluzione, onda progressiva ed onda regressiva. Onde
meccaniche ed onde elettromagnetiche. Onde longitudinali e onde trasversali. Numero d’onda, pulsazione, frequenza, lunghezza e fase dell’onda. Onde elettromagnetiche, luce visibile.
